鎂法煙氣脫硫工藝煙塵濃度超標原因分析及控制措施研究

武攀峰，吳 為，李 莉，周宇翔

（1.南通市環境監測中心站，江蘇 南通 226006；2.南通市農產品檢測測試中心，江蘇 南通 226006）

0 引 言

SO2主要來源于化石燃料的燃燒，由于其具有一定腐蝕性，是我國污染物總量排放控制指標和現階段首要污染物減排指標。煙氣脫硫是凈化SO2的主要途徑，與傳統石灰石-石膏法脫硫法相比，鎂法脫硫因反應性好，脫硫效率高，不存在結垢、堵塞等問題，運行可靠，副產硫酸鎂（或亞硫酸鎂）便于回收利用等優點，被認為是一種最具發展前景的脫硫方式[1-2]。2011年魯北化工集團成功將該工藝應用于2×330 MW燃煤機組，建成了我國最大的鎂法脫硫裝置[3]。

然而在實際監測過程中發現鎂法脫硫不僅未對煙塵有處理效果，而且還會使得煙塵排放濃度高于脫硫前，甚至超標。為此，本文通過對煙塵中主要離子濃度進行分析，查明了主要超標原因，并結合鎂法脫硫工藝，提出了相應的改進措施。

1 試驗部分

1.1 采樣與分析

本次采樣點位于兩臺130 t/h鍋爐除塵脫硫后煙道，煙塵采樣、分析嚴格按照GB/T 16157-1996[4]、HJ/T 373-2007[5]和 GB/T 5468-1991[6]的要求進行。

1.2 測試項目與方法

1.2.1 檢測項目

根據氧化鎂脫硫工藝，選定測試項目包括煙塵、電導率、硫酸根、鎂離子。

1.2.2 方法步驟

煙塵按照GB/T 16157-1996中的測試方法。采樣后的濾筒放入105℃烘箱中烤1h，取出置于干燥器中，冷卻至室溫，用準確度0.1mg天平稱量至恒重，采樣前后濾筒重量之差即為采取的顆粒物量。

其他3項（電導率、硫酸根、鎂離子）測試方法為：將稱重后的濾筒剪碎，放到容量瓶中，加入100mL水，超聲2h后經0.45μm濾膜過濾，濾液上機進樣。

1.3 分析儀器

硫酸根：離子色譜 戴安ICS2000（07060898），AS11-HC分析柱（4mm×250mm），流動相為30mmol/L KOH，柱溫30.0℃，檢測器溫度35.0℃，流動相流速1.00mL/min，進樣體積 25μL。

鎂離子：離子色譜萬通881（1881000007106），Metrosep C4-150分析柱（4mm×150mm），流動相為2 mmol/L硝酸+0.05mmol/L吡啶二羧酸，柱溫30.0℃，檢測器溫度35.0℃，流動相流速0.9mL/min，進樣體積20μL。

電導率：電導率儀DDS-307A。

2 結果與討論

2.1 煙塵排放結果

通過對兩臺130 t/h鍋爐除塵脫硫后煙氣排放情況進行監測，結果表明，5月4日3次監測結果，煙塵最大排放濃度為149.7mg/m3，超過GB 13223-2003《火電廠大氣污染物排放標準》第3時段標準3.0倍；6月5日3次監測結果煙塵最大排放濃度為33.9mg/m3，達標排放。具體見表1所示。

表1 130t/h鍋爐煙塵排放監測結果

2.2 原因分析

2.2.1 電導率

電導率反映了被收集到濾筒的煙塵顆粒物中各種陰陽離子濃度的綜合指標。由圖1可知，電導率隨煙塵濃度增加而增大，當煙塵濃度為33.0mg/m3時，電導率82μs/cm，當煙塵濃度為161.2mg/m3時，電導率達到最大值400 μs/cm，總體趨勢呈顯著正相關，相關系數r2為0.976。初步推斷，氧化鎂脫硫工藝對煙塵排放濃度增加具有一定貢獻，脫硫液會隨著煙氣排出進入到煙塵中。

2.2.2 硫酸根離子

硫酸根離子（SO42-）是SO2與氫氧化鎂及氧氣反應后的最終產物，煙塵中硫酸根濃度反應出脫硫液隨煙氣的遷移量。圖2反應了不同的煙塵濃度中硫酸根濃度的變化。由圖2可知，SO42-濃度隨煙塵濃度增加而增加，當煙塵濃度為33.0mg/m3時，SO42-濃度13.5 mg/L，當煙塵濃度為161.2mg/m3時，SO42-濃度達到最大值134mg/L，即煙塵濃度增加4.9倍，相應的硫酸根離子濃度增加了9.9倍。硫酸根濃度隨煙塵濃度總體變化趨勢呈顯著正相關，相關系數r2為0.967。

圖1 不同煙塵濃度中電導率變化圖

圖2 不同煙塵濃度中硫酸根離子變化圖

2.2.3 鎂離子

煙塵中的鎂離子（Mg2+）主要來源于氧化鎂脫硫工藝，因此，Mg2+濃度能夠更加直觀反映出脫硫液進入煙塵中的量。由圖3和圖4可以看出，Mg2+濃度變化與SO42-、電導率變化基本一致，隨煙塵濃度增加而增加，呈現顯著正相關，相關系數r2為0.956。當煙塵濃度為 33.0 mg/m3時，Mg2+濃度為 1.559 mg/L，當煙塵濃度為161.2 mg/m3時，Mg2+濃度達到最大值6.811mg/L，即煙塵濃度增加4.9倍，相應的Mg2+濃度增加了4.4倍。

圖3 不同煙塵濃度中鎂離子濃度變化圖

圖4 煙塵與鎂離子濃度相關性變化圖

鎂法煙氣脫硫的基本原理是煙氣中的SO2在吸收塔中與含有氫氧化鎂（Mg（OH）2）的吸收劑反應，生成硫酸鎂。化學反應如下：

（1）主反應

（2）副反應

由此可見，脫硫后生成的部分硫酸鎂溶液隨煙氣進行遷移，致使煙塵采樣過程中在濾筒中沉積，造成了濾筒中煙塵濃度的增加。而且從表觀上看，采樣后的濾筒顯潮濕，經烘干后，濾筒較硬，碰撞聲音較其他濾筒清脆。

2.3 改進措施

通過以上測試分析可知，由于硫酸鎂、亞硫酸鎂等易溶于水，溶解度比硫酸鈣、亞硫酸鈣高出100倍左右，所以結垢可能性遠小于鈣法，但極易被煙氣帶出，溶解在濕煙氣中。如果在脫硫后不采取再加熱升溫措施，部分鎂鹽會隨煙氣排放，致使在環保監測過程中，煙氣中鎂鹽被濾筒吸收，濾筒重量加大，“煙塵”濃度超標。

因此，減少氧化鎂脫硫對煙塵排放的影響，最主要的就是盡可能避免脫硫溶液進入煙氣中。結合鎂法脫硫工藝，提出如下3種方法：（1）減少氧化鎂使用量，在滿足SO2排放濃度、總量達標的情況下，盡量減少脫硫劑使用量，減小鎂硫比；（2）在脫硫后采用煙氣再加熱系統，即GGH，但在實際應用中，該工藝在低溫端易造成石膏嚴重結塊堵塞，循環泵濾網堵塞，嚴重影響脫硫系統安全運行；（3）強化煙氣除霧器（eliminator）功能。一般情況下，脫硫塔具有脫硫、除塵、除霧、氧化等四合一功能，由于煙氣脫硫后含大量水霧，可在脫硫塔上部安裝的煙氣除霧器中分離，去除水汽后經由煙囪排放至大氣，煙氣中煙塵和其他的懸浮固體物也同時借著除霧器去除，除霧器在工業用水清洗循環下受到間歇性沖洗清潔，以除去聚附于此處的煙塵，避免差壓增加造成堵塞影響通風力。

3 結束語

（1）鍋爐煙塵中電導率、SO42-濃度、Mg2+濃度變化與煙塵濃度呈顯著正相關，相關系數r2均大于0.95。

（2）鎂法煙氣脫硫工藝中脫硫液隨煙氣遷移，是造成鍋爐煙氣中煙塵排放濃度超標的主要原因之一。

（3）盡可能避免脫硫溶液進入煙氣中，是減少氧化鎂脫硫對煙塵排放影響的關鍵因素。通過采用選擇合理的鎂硫比、增設GGH、強化煙氣除霧系統等措施，可以達到控制要求。

[1]Urbanek A，Kumanowski K.Desulfurization of flue gasses by the wet magnesia method of Warsaw Technical University[J].CA，2002，137（8）：113-391.

[2]柴明，崔可，徐康富，等.氧化鎂濕法煙氣脫硫回收工藝的技術經濟可行性初步分析[J].環境污染治理技術與設備，2006，7（4）：38-73.

[3]呂天寶.鎂法脫硫技術在2×330MW機組上的應用[J].電力科技與環保，2011，27（4）：45-47.

[4]GB/T 16157—1996固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法[S].北京：中國標準出版社，1996.

[5]HJ/T 373—2007固定污染源監測質量保證與質量控制技術規范（試行）[S].北京：中國標準出版社，2007.

[6]GB/T 5468—1991鍋爐煙塵測試方法[S].北京：中國標準出版社，1991.